基于光子晶体带隙光纤的布里渊传感实验研究

摘要

光纤中的布里渊散射是非线性效应中的一种非弹性散射,是光波与介质中的声波在介质中传输时产生互相耦合的一种散射现象。光纤中的散射在通信中是一种需要抑制的现象,但是在传感领域却是一个研究的热点。因为光纤中的布里渊散射对外界环境的温度和应力变化非常敏感,经研究发现布里渊频移和布里渊强度与温度和应力的变化是一种线性关系,这对实际的工程测量的应用的影响是巨大的。相对于传统的传感器,光纤传感器自身不仅是传输介质还可以作为检测的介质,且轻便、成本低、抗电磁干扰、保密性好,这对大型建筑的结构健康检测及特殊领域如海底光缆、海底隧道等方面提供了方便,迅速引起了各个国家科研领域的关注。另外对光纤本身结构的研究也促使了各种特殊结构的光纤的研制,从不同种的光纤中可以观察到不一样的布里渊现象,这对开发新的传感器及光学性能的研究都有重要的意义。
　　本文选择了一种特殊的光纤-全固带隙光子晶体光纤,对这种具有光子带隙结构的光纤进行了理论分析和实验研究。采用了两种不同的操作方法:熔融拉锥和刻写长周期光栅,分别进行了温度和应力实验。其中熔融拉锥是用光纤熔接机改变放电次数和放电强度手动熔接,而长周期光栅是在我们实验室刻写与激光器相匹配的长周期光栅。这两种不同的操作方法都激发出了包层中的布里渊谐振峰,得到了我们预期的结果。
　　从实验结果我们发现,这两种操作方法都获得了4个布里渊谐振峰,其中3个为包层中激发出的布里渊谐振峰,1个是纤芯中激发出的布里渊谐振峰。纤芯模和包层模对温度和应变有不同的敏感性,这样就可以同时通过耦合方程获得温度和应变系数,为解决实际工程应用中的温度和应力交叉问题提供了解决方案。

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1 绪论

1.1 基于光纤散射的传感技术

1.2 不同类型光纤中的布里渊散射研究

1.3 本文主要研究内容与创新之处

2光纤中布里渊散射理论分析

2.1布里渊散射理论

2.2 布里渊散射传感测量手段

2.3 布里渊的传感理论

2.4 本章小结

3 光纤布里渊散射测试实验系统

3.1 测试系统原理

3.2 测试设备的性能及其在系统测试中的应用

3.3 基于Labview软件控制数据采集及分析系统

3.4 本章小结

4 全固的光子带隙光纤中布里渊模场分析

4.1 基于熔锥耦合的全固带隙光纤布里渊散射特性研究

4.2 基于长周期光纤光栅耦合的全固光纤布里渊散射研究

4.3 两种方法比较

4.4 本章小结

5 总结及展望

参考文献

在校期间发表的论文

致谢